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接觸網落雷特性及防護措施

文檔作者：歐陽陸文檔來源：中鐵十二局集團電氣化工程有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年10月15日
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水利水電
接觸網落雷特性及防護措施
歐陽陸
中鐵十二局集團電氣化工程有限公司
摘要：鐵路接觸網的額定電壓只有25kV，采用的絕緣等級較
低，接觸網一旦遭受雷擊就會造成絕緣子閃絡、線路跳閘等事故，
更嚴重的會引起列車停運，將會對鐵路運輸帶來巨大的損失。隨
著鐵路的規(guī)模不斷增大，以及高速鐵路的發(fā)展，雷電對接觸網的危
害也越來越嚴重。為此，本文主要分析接觸網落雷的特性，并由此
探討其防雷保護措施。
關鍵詞：接觸網；落雷特性；防護措施
1 接觸網落雷特性
隨著電氣化鐵路運營里程的增加和極端惡劣天氣的增多，全
路供電設備雷雨天氣下的跳閘和設備故障問題突出，對供電設備
安全運行和運輸秩序造成較大影響。高速電氣化鐵路接觸網設備
具有線路長、露天高空布置、高電壓等特點，在雷雨天氣情況下易
遭受雷電侵害。雷云對地放電受到氣象、地質和地形等眾多自然
因素影響，雷電活動的頻繁程度也因地域而異。供電線路雷擊跳
閘主要分為兩種形式：一種是雷直擊線路引起的，稱為直擊雷過電
壓；另一種是雷擊線路附近地面，由于電磁感應所引起的，稱為感
應雷過電壓。接觸網的落雷特性主要體現(xiàn)為：雷擊位置為絕緣
處所。
在接觸網中雷擊位置大多在絕緣處所，比例高達50%以上。
當雷電擊穿絕緣子之后，會造成設備故障從而干擾運輸秩序影響
行車安全。設備頂點易遭受雷擊。軟橫跨承力索端部絕緣子等,極
易遭受雷擊的位置距離鋼軌軌面的高度多在10m以上，而保護這
些部位的接觸懸掛卻在它們的下部，根本起不到防護作用。雷擊
后果為燒損老化。絕緣子等部位遭到閃絡放電后會被燒傷，時間
長了就會出現(xiàn)老化現(xiàn)象。對于接觸線等線狀設備來說，遭受雷擊
后會出現(xiàn)斷線、塌網等危及行車的嚴重事故；對線路的其他設備造
成備損害，導致非正常工作，干擾了電氣化鐵路的正常運行。
2 接觸網防雷保護措施分析
電氣化鐵路接觸網主要采取安裝避雷器進行大氣過電壓保
護，通過在接觸網供電線上網點、電分相、隔離開關及長大隧道兩
端等重點設備處設置避雷器的方式進行防雷。
2.1 安裝避雷器
避雷器由接線端子、主體原件構成。主體原件內裝具有伏安
特性的氧化鋅電阻片;外套采用憎水性的硅橡膠制成。在系統(tǒng)正常
電壓下，避雷器呈高電阻，流過避雷器的電流僅為微安級，可確保
避雷器長期穩(wěn)定運行。當系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓時，避雷器呈現(xiàn)低電阻，
吸收并對地釋放能量，使被保護設備的過電壓限制在允許范圍
內。一旦吸收能量過大(如直擊雷等)，避雷器不足以承受該能量
時，避雷器就會自損，內部的核心部件(電阻片)被擊穿，強烈的電弧
會使避雷器內部空間劇烈膨脹，而引發(fā)避雷器預先設計的壓力釋
放口釋放，由于避雷器被擊穿引起短路電流會使主斷跳閘。設備
維護單位在每年進入雨季前，還要開展避雷器接地電阻復測工作，
整治接地電阻超標的接地極。
2.2 安設避雷線
安設避雷線是減少接觸網跳閘、避免絕緣子損壞最有效的手
段。對處于強雷區(qū)的電氣化線路，應結合線路條件和雷電防護要
求，以架設避雷線為主。架設避雷線，通過引導雷電流向避雷線放
電，經過接地裝置導入大地，從而使接觸網設備免遭雷擊。安設避
雷線主要是防直擊雷，它可以安裝在支柱或承力索上方。
2.3 差異化技術策略
建議接觸網雷電防護采取差異化技術策略：①針對客運專線
或客貨專線等不同線路和速度等級分別制定不同的雷電防護標準
和要求；②在進行雷區(qū)劃分的過程中，不單純依賴雷電日數據，應
當對系統(tǒng)跳閘情況進行統(tǒng)計調查分析，以保證雷電防護措施的針
對性；③將區(qū)間與站場的接觸網根據區(qū)域不同雷電防護措施區(qū)別
對待；④在雷雨多發(fā)地區(qū)，應對處于高架橋區(qū)段及處于空曠地區(qū)的
接觸網線路進行特殊重點防護。
2.4 設置并盡可能抬高架空地線
有研究表明，架空地線不僅可以作為閃絡通道對接觸網系統(tǒng)
起到保護作用，升高架空地線還能夠產生類似于避雷針的接閃效
果，在一定程度上減少直擊雷直接擊中接觸網導線的概率。除對
架空地線進行抬高以外，架空地線與承力索、接觸線在水平面上的
相對位置對其防護范圍來說也非常關鍵。以往，電力部門經常采
用“折線法”、“保護角”等概念對避雷線的防護范圍進行設計。而
自上世紀80年代開始，世界上大多數國家均采用IEC(國際電工委
員會)標準的“滾球法”計算保護范圍。近些年，我國在新修訂的國
家標準中也逐漸接受了“滾球法”。采用“滾球法”校驗架空地線的
防護范圍，通過校驗結果來調整架空地線與接觸線、承力索的空間
位置以加強接觸網抵御直擊雷的能力，不失為一種好的有效的防
雷方案。
2.5 絕緣保護間隙
雷擊過電壓不僅會導致絕緣子發(fā)生閃絡，閃絡后的電弧還會
對絕緣子產生燒蝕，使得絕緣子永久性損壞。采取在水平絕緣子
或懸式絕緣子的兩端，加裝保護間隙的防護方式。在絕緣子兩端
加保護間隙，避免絕緣子損壞，保護絕緣子，在一定程度上降低雷
擊事故。由于雷擊的大多位置在絕緣子，采用復合絕緣子或增加
絕緣子的片數等方法，提高絕緣子的絕緣性能。
2.6 工程實施過程把控
在接觸網雷電防護工程措施實施過程中重點把控：①對于區(qū)
間接觸網，在接觸網支柱頂端敷設獨立架空避雷線；②良好的接地
電阻可以極大降低接觸網遭受直擊雷或反擊雷對接觸網絕緣部件
的損壞程度和概率，降低牽引變電所由雷擊所引起的跳閘次數，應
重視雷電防護接地部分；③對于柱頂設置了避雷線、避雷器的支柱
及其他供電設施，信號等其他弱電設備接地點應距離該支柱接地
體15m以上，有條件時，獨立避雷針或避雷器可設置獨立的接地極
或系統(tǒng)；④在進行接觸網雷電防護設計時，工作人員應當對接觸網
所處地域內的雷電強度、跳閘次數等進行統(tǒng)計，結合經濟技術對比
分析，核算雷電防護措施的可靠性；⑤關注放電間隙類技術措施對
雷電防護效果的影響。
2.7 減小接地電阻與接地間距
減小接地電阻阻值，對減小雷電反擊也有一定的作用。避雷
線上落雷后，雷電流沿避雷線流入支柱，雖然支柱或其接地引下線
的電感、支柱接地電阻上的壓降、柱頂的電位可能達到足以使線路
絕緣發(fā)生反擊的數值，但是即使這樣仍會造成停電事故。所以，在
成本不增加很多的前提下，可以考慮盡量減小接地電阻值，以減小
雷電反擊發(fā)生的幾率。在土壤電阻率較低的地區(qū)，用橋墩作為基
礎接地體時，接地電阻值應盡量降低。運營中，可有效減少絕緣子
閃絡的發(fā)生概率，在防雷重點區(qū)域，還可考慮適當縮小接觸網系統(tǒng)
的接地間距。
2.8 加強日常隱患排查
以故標指示位置為中心，前后兩公里組織接觸網工排查故障
點;加強排查技術力量，安排專業(yè)工程師參加擴大排查故障點范圍; 申請?zhí)齑?，以作業(yè)車巡檢方式上網排查。在處理已發(fā)現(xiàn)的閃絡絕
緣子后，還要沿著雷電流可能通過的路徑全面排查設備隱患，如檢
查就近支柱有無其它絕緣子閃絡，打開承力索座，檢查承力索有無
燒傷斷股現(xiàn)象，電氣連接點有無放電現(xiàn)象，以防止隱患排查不到
位，發(fā)生設備故障。日常巡視工作中，安排業(yè)務素質較高的員工檢
查避雷器狀態(tài)，特別是雷雨天氣巡視，重點檢查避雷器、脫離器、計
數器運行狀態(tài)，準確記錄避雷器動作情況;各種引線是否滿足運行
要求，下部地線連接是否牢靠等內容，以確保隱患及時發(fā)現(xiàn)及時
排除。
3 結語
由上文可知，鐵路運行的安全性和穩(wěn)定性與接觸網雷電防護
性能有著十分密切的關系，由于接觸網是露天設置，無備用且絕緣
水平低，在雷擊過后極易受到過電壓的影響而發(fā)生跳閘和閃絡故
障。接觸網一旦遭受雷擊將對接觸網造成嚴重危害，不僅會影響
鐵路運輸秩序，給旅客出行帶來不良體驗，甚至威脅鐵路運行安
全?；谶@個角度，本文主要分析了接觸網的落雷特性，并探討了
接觸網的防雷保護措施，僅供參考。
參考文獻：
[1] 沈海濱,陳維江,邊凱,陳康.高速鐵路接觸網懸式復合絕緣
子防雷應用特性實驗研究[J].高電壓技術,2015(5):1574～1581.
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